KR101295796B1 - 하이브리드형 흡착모듈, 이를 이용한 실내 공기정화장치 및 그 제어방법 - Google Patents

하이브리드형 흡착모듈, 이를 이용한 실내 공기정화장치 및 그 제어방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 하이브리드형 흡착모듈 및 이를 이용한 실내 공기정화장치에 관한 것으로, 본 발명의 실내 공기정화장치는, 실내의 흡기 덕트에 마련되어 이산화탄소와 산소의 농도를 검출하기 위한 센서부(110)와; 상기 흡기 덕트와 연결되는 본체 내에 마련되어 이산화탄소 및 악취를 흡착하기 위해 서로 나란하게 배치된 다수의 라임 슬러리부재(121)들 사이에 공기유로가 형성되는 하이브리드형 흡착모듈(120)과; 상기 본체 내에 마련되어 산소를 발생시키기 위한 산소발생기(130)와; 상기 하이브리드형 흡착모듈을 통과하는 공기의 흐름을 조절하기 위한 에어댐퍼부(140)와; 상기 센서부(110)의 신호를 수신하여 상기 산소발생기(130) 및 에어댐퍼부(140)의 개폐 정도를 제어하기 위한 제어부(150)로 구성되어, 건물 외기 도입에 의한 환기 없이도 항상 쾌적한 실내 공기질을 유지할 수 있는 있으며, 따라서 건물의 실내 공기 환기에 따른 에너지 낭비를 방지할 수 있는 효과가 있다.

Description

하이브리드형 흡착모듈, 이를 이용한 실내 공기정화장치 및 그 제어방법{Hybrid absorbing module and indoor air-cleaning apparatus utilizing the same, and method controlling thereof}
본 발명은 하이브리드형 흡착모듈과, 이를 이용한 실내 공기정화장치 및 제어방법에 관한 것으로, 특히 이산화탄소를 효과적으로 흡수하여 실내의 공기정화용으로 활용될 수 있는 하이브리드형 흡착모듈과 이를 활용한 실내 공기정화장치 및 그 제어방법에 관한 것이다.
일반적으로 아파트와 같은 주거용 건물이나 사무용 고층건물 등에는 실내의 환기를 위하여 공조시스템이 설치되어 사용되고 있으며, 쾌적한 실내 공기를 유지하기 위하여 주기적으로 실내 공기와 외부 공기의 환기가 이루어지도록 하여 실내의 오염된 공기를 건물 바깥으로 배기하도록 하고 있다.
이와 관련된 종래기술로서 등록특허공보 제10-0738227호(등록일자: 2007.07.05)는 실내 이산화탄소 농도와 실내 온도를 측정하여 기준치 이상이면 자동으로 창문을 개방하고 환풍기를 작동시켜 신선한 외기가 실내로 유입되도록 하며 오염된 실내공기를 건물 바깥으로 배출시키고자 하는 실내자동환기장치를 제안하고 있다.
이와 같이 종래의 실내 공기 정화는 오염정도에 따라서 실내 공기와 외부 공기를 환기시킴으로써 실내 공기를 쾌적하게 유지시키는 것을 요지로 하고 있다.
그러나 이러한 건물의 환기시스템에서 발생되는 에너지 소비량은 국가 에너지 소비의 25% 내외를 차지하고 전체 생애주기비용(LCC)을 고려하면 30%를 초과하여 국가 기간 에너지 소비에 직접적인 영향을 미치는 중요한 요소이다.
특히 건물에서 공조 냉난방 설비의 부분이 차지하는 비중은 공조 열원과 반송, 환기 장치까지 고려할 경우 50% 이상을 차지하여 건물 에너지 소비의 주요 원인이 되고 있다. 또한 사무용 건물의 경우 냉난방기간에 내부의 이산화탄소 농도 증가와 냄새 등을 제거하기 위하여 약 30%의 외부 공기를 공급하고 나머지 70% 정도는 재순환공기로 작동하게 되므로 건물의 환기와 관련하여 많은 에너지 손실이 발생하고 있는 실정이다.
본 발명은 이러한 종래의 건물 환기시스템과 관련하여 내부 이산화탄소의 농도 증가와 냄새 등을 제거하는 장치를 경제적으로 설치할 수 있다면 외부 공기의 공급 없이 내부 공기로만을 순환시켜 냉난방이 이루어질 수 있으며 이로 인하여 상당한 수준의 에너지를 절약할 수 있다는 점에 착안한 것이다.
본 발명은 실내 공기를 쾌적하게 유지하고자 하는 것으로, 특히 건물의 에너지 손실을 최소화하면서도 실내 공기를 쾌적하게 유지하기 위하여 건물 외기를 직접 실내로 도입하여 환기가 이루어지지 않으면서도 실내 공기질을 개선하고자 하는 것이며, 특히 이를 위하여 실내에서 발생되는 이산화탄소를 효과적으로 흡수하여 실내의 공기정화용으로 활용될 수 있는 하이브리드형 흡착모듈과 이를 이용한 실내 공기정화장치 및 그 제어방법을 제공하고자 한다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 하이브리드형 흡착모듈은 서로 나란하게 배치된 다수의 라임 슬러리부재들 사이에 공기유로가 형성됨으로써 달성된다.
또한 본 발명의 또 다른 관점에 따른 실내 공기정화장치는, 실내의 흡기 덕트에 마련되어 이산화탄소와 산소의 농도를 검출하기 위한 센서부와; 상기 흡기 덕트와 연결되는 본체 내에 마련되어 이산화탄소 및 악취를 흡착하기 위해 서로 나란하게 배치된 다수의 라임 슬러리부재들 사이에 공기유로가 형성되는 하이브리드형 흡착모듈과; 상기 본체 내에 마련되어 산소를 발생시키기 위한 산소발생기와; 상기 하이브리드형 흡착모듈을 통과하는 공기의 흐름을 조절하기 위한 에어댐퍼부와; 상기 센서부의 신호를 수신하여 상기 산소발생기 및 에어댐퍼부의 개폐 정도를 제어하기 위한 제어부에 의해 달성될 수 있다.
바람직하게는 본 발명에 있어서, 상기 제어부는 상기 센서부로부터 수신된 이산화탄소의 농도에 따라서 상기 에어댐퍼부의 개폐 정도를 조절하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는 본 발명에 있어서, 상기 제어부는 상기 센서부로부터 수신된 산소의 농도에 따라서 상기 산소발생기의 작동을 제어하는 것을 특징으로 한다.
다른 한편으로 본 발명의 또 다른 관점에 따른 실내 공기정화장치의 제어방법은, 실내의 흡기 덕트에 마련되어 이산화탄소와 산소의 농도를 검출하기 위한 센서부와; 상기 흡기 덕트와 연결되는 본체 내에 마련되어 이산화탄소 및 악취를 흡착하기 위해 서로 나란하게 배치된 다수의 라임 슬러리부재들 사이에 공기유로가 형성되는 하이브리드형 흡착모듈과; 상기 본체 내에 마련되어 산소를 발생시키기 위한 산소발생기와; 상기 하이브리드형 흡착모듈을 통과하는 공기의 흐름을 조절하기 위한 에어댐퍼부와; 상기 센서부의 신호를 수신하여 상기 산소발생기 및 에어댐퍼부의 개폐 정도를 제어하기 위한 제어부를 포함하는 실내 공기정화장치를 제어하는 방법에 있어서, 상기 제어부는 상기 센서부를 통해 검출된 이산화탄소 또는 산소 농도를 기준값과 비교하여 상기 에어댐퍼부의 개폐 정도를 제어하여 공기 중의 이산화탄소가 상기 하이브리드형 흡착모듈에 의해 제거하거나 상기 산소발생기의 작동을 제어하여 실내 산소량을 제어하여 실내의 이산화탄소 또는 산소 농도가 기준값 사이가 되도록 제어함으로써 달성될 수 있다.
본 발명에 따른 하이브리드형 흡착모듈은 라임 슬러지를 이용하여 효과적으로 실내 중의 이산화탄소, 및 냄새 또는 악취물질을 효과적으로 신속히 제거할 수가 있다.
또한, 이러한 하이브리드형 흡착모듈을 갖는 본 발명의 실내 공기정화장치 및 제어방법은 실내 공기 중의 이산화탄소와 산소 농도를 검출하여 공기 중의 이산화탄소를 제거하거나 산소를 공급하여 건물 외기 도입에 의한 환기 없이도 항상 쾌적한 실내 공기질을 유지할 수 있는 있으며, 따라서 건물의 실내 공기 환기에 따른 에너지 낭비를 방지할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 실내 공기정화장치의 일례를 보여주는 도면,
도 2는 본 발명에 따른 공기정화장치의 구성을 보여주는 도면,
도 3은 본 발명에 따른 하이브리드형 흡착모듈을 보여주는 도면,
도 4는 본 발명에 따른 실내 공기정화장치의 작동예를 설명하기 위한 흐름도.
이하, 본 발명의 실시예를 첨부 도면을 참고하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명에 따른 실내 공기정화장치의 바람직한 일례를 보여주는 도면으로, 본 발명의 공기정화장치가 실내의 천정(10)에 설치된 것을 보여주고 있으나 설치 장소가 이에만 한정되는 것은 아니다.
도 1을 참고하면, 본 발명의 공기정화장치는, 실내의 흡기 덕트(101)에 마련되어 이산화탄소와 산소의 농도를 검출하기 위한 센서부(110)와, 흡기 덕트(101)와 연결된 본체(104) 내에 마련되는 하이브리드형 흡착모듈(120) 및 산소발생기(130)와, 센서부(110)의 신호를 수신하며 본 발명의 구동요소들을 제어하는 제어부(150)를 포함한다.
흡기 덕트(101) 및/또는 배기 덕트(102)의 개구부에는 공기의 흐름을 유도하기 위한 팬(103a)(103b)이 마련될 수가 있다.
흡기 덕트(101)에는 센서부(110)가 마련되며, 이 센서부(110)는 흡기 덕트(101)를 통해 흡기되는 공기 중의 이산화탄소와 산소의 농도를 검출하는 기능을 한다.
센서부(110)는 공기 중의 이산화탄소 및 산소의 농도를 효과적으로 검출하기 위하여 다수 개로 구성되어 실내의 여러 위치에 분산 배치될 수 있으며, 분산 배치된 각 센서들의 이산화탄소 및 산소 농도의 평균값을 취하거나 배치 위치에 따른 가중치를 적용하여 산출된 값을 이산화탄소 및 산소 농도로 사용할 수도 있다.
본체(104)에는 하이브리드형 흡착모듈(120)과 산소발생기(130)가 마련되며, 흡기 덕트(101)를 통해 유입된 공기는 본체(104)를 경유하여 배기 덕트(102)를 통해 다시 실내로 토출된다.
본체(104) 내에 마련되는 하이브리드형 흡착모듈(120)은 공기 중의 이산화탄소 및 냄새를 흡착하게 되며, 하이브리드형 흡착모듈(120)에는 유입되는 공기량을 조절하기 위한 에어댐퍼부가 마련되며, 이 에어댐퍼부는 본체(104)로 유입되어 하이브리드형 흡착모듈(120)과 접촉되는 공기량을 조절하는 기능을 수행한다. 이에 대한 구체적인 실시예는 다시 설명되겠지만 실내 중의 이산화탄소의 검출 농도에 따라서 에어댐퍼부가 작동하여 하이브리드형 흡착모듈(120)과 접촉하는 공기량 제어가 이루어질 수 있다.
제어부(150)는 센서부(110)에서 검출된 검출신호를 수신하며, 검출된 이산화탄소 및 산소 농도에 따라서 에어댐퍼부의 개폐 정도를 제어하거나 산소발생기(130)를 제어하게 되며, 기타 팬(103a)(103b) 등의 구동요소들을 제어하는 기능을 수행한다.
도 2는 본 발명에 따른 공기정화장치의 구성을 보여주는 도면으로, 센서부(110)는 이산화탄소 농도를 검출하기 위한 CO2 센서(111)와, 산소 농도를 검출하기 위한 O2 센서(112)로 구성될 수 있으며, 앞서 설명한 바와 같이 CO2 센서(111)와 O2 센서(112)는 동일한 센서가 다수개 마련되어 실내에 분산 배치되어 이산화탄소 및 산소 농도 검출이 이루어질 수 있다.
하이브리드형 흡착모듈(120)은 공기 중의 이산화탄소, 냄새 및 악취물질을 흡착하기 위한 것으로, 본 발명에서는 라임 슬러리(lime slurry)를 이용하여 이산화탄소, 악취 및 기타 유해가스를 제거하는 것을 특징으로 한다.
구체적으로 도 3은 본 발명에 따른 하이브리드형 흡착모듈을 보여주는 도면으로, 본 발명의 하이브리드형 흡착모듈(120)은 서로 나란하게 배치되어 사이에 공기유로(122)가 형성된 다수의 라임 슬러리부재(121)에 의해 제공될 수 있다.
본 발명에서 라임(lime)은 라임(산화칼슘) 및 산화칼슘의 수화된 형태인 소석회(수산화칼슘)로써, 과립상으로 물속에 분산된 현탁액인 슬러리(slurry) 형태로 이용되어 이산화탄소 흡수 능력이 우수하고 기타 냄새, 악취물질, 미세먼지 등을 흡착하는 기능을 한다.
다시 도 2를 참고하면, 산소발생기(130)는 산소를 발생시키기 위한 주지의 수단이 이용될 수 있으며, 예를 들어 PSA 방식, 멤브레인 방식, 평막 방식 또는 물의 전기분해를 이용한 산소발생장치와 같은 다양한 주지의 수단들이 이용될 수 있다.
에어댐퍼부(140)는 하이브리드형 흡착모듈(120)로 유입되는 공기유로의 전단부에 마련되며, 회동 가능한 댐퍼플레이트(141)와, 이 댐퍼플레이트(141)를 회전 구동하기 위한 구동부(142)에 의해 제공될 수 있으며, 구동부(142)는 제어부(150)에 의해 구동 제어가 이루어진다.
제어부(150)는 CO2 센서(111)와 CO2 센서(112)로 구성된 센서부(110)로부터 전달된 검출신호로부터 이산화탄소 및 산소 농도를 검출하며, 검출된 신호에 따라서 산소발생기(130)의 작동을 제어하거나 구동부(142)를 제어하여 댐퍼플레이트(141)의 개폐 정도를 조절하여 하이브리드형 흡착모듈(120)과 접촉하게 되는 공기량을 조절하게 된다.
한편 제어부(150)는 CO2 센서 및 O2 센서로부터 검출된 신호를 기초로 실내 공기질을 판단하여 실내의 이산화탄소 및 공기 농도를 제어하기 위한 기준값이 저장된다.
이와 같이 구성된 본 발명에 따른 실내 공기정화장치의 작동예를 설명하면 다음과 같다.
도 2 및 도 4를 참고하면, 본 발명의 실내 공기정화장치의 제어방법은 센서부에서 검출된 이산화탄소의 농도에 따라서 이산화탄소 농도를 조절하는 과정(S100)과, 센서부에서 검출된 산소 농도에 따라서 산소 농도를 조절하는 과정(S200)으로 이루어질 수 있다.
먼저 실내의 이산화탄소 농도를 조절하는 과정(S100)은 제1과정(S110)에서 CO2 센서(111)를 통해 CO2 농도를 검출하게 되며, 제2과정(S120)에서는 CO2 센서(111)를 통해 검출된 CO2 농도와 제어부(150)에 설정된 CO2 설정값1을 비교하여 검출된 CO2 농도가 설정값1 이상인지를 판단한다.
제3과정(S130)에서는 검출된 CO2 농도가 설정값1 보다 큰 경우에는 실내에 이산화탄소 농도가 기준치(설정값1)를 초과하게 되므로 제어부(150)는 에어댐퍼부(140)를 오픈하여 하이브리드형 흡착모듈(120)과 유입되는 공기의 접촉량을 증가시켜 실내 공기 중의 이산화탄소가 하이브리드형 흡착모듈(120)에 의해 제거되도록 한다.
제4과정(S140)에서는 에어댐퍼부(140)가 개방된 상태에서 CO2 센서(111)는 CO2 농도를 지속적으로 검출하게 된다.
제5과정(S150)에서는 제4과정(S140)에서 검출된 CO2 농도와 제어부(150)에 설정된 CO2 설정값2를 비교하여 검출된 CO2 농도가 설정값2 이하인지를 판단한다.
제6과정(S160)에서는 제5과정(S150)에서 검출된 CO2 농도가 설정값2 보다 작은 경우에는 실내의 이산화탄소 농도가 기준치(설정값2) 이하가 되었으므로, 제어부(150)는 에어댐퍼부(140)를 닫아서 하이브리드형 흡착모듈(120)과 접촉되는 공기량을 줄이게 된다.
이러한 과정은 지속적으로 반복되어 실내 공기 중의 이산화탄소 농도는 일정한 기준치 사이에서 관리가 이루어질 수 있다.
다음으로 실내의 산소 농도를 조절하는 과정(S200)은 제1과정(S210)에서 O2 센서(112)를 통해 O2 농도를 검출하게 되며, 제2과정(S220)에서는 O2 센서(112)를 통해 검출된 O2 농도와 제어부(150)에 설정된 O2 설정값1을 비교하여 검출된 산소 농도가 설정값1 이하인지를 판단한다.
제3과정(S230)에서는 검출된 산소 농도가 설정값1 보다 작은 경우에는 실내에 산소 농도가 기준치(설정값1) 이하가 되므로 제어부(150)는 산소발생기(130)를 작동하여 실내로 산소의 공급이 이루어지도록 한다.
제4과정(S240)에서는 산소발생기(130)에서 산소가 발생되는 상태에서 O2 센서(112)는 산소 농도를 지속적으로 검출한다.
제5과정(S250)에서는 제4과정(S240)에서 검출된 산소 농도와 제어부(150)에 설정된 O2 설정값2를 비교하여 검출된 산소 농도가 설정값2를 초과하는 지를 판단한다.
제6과정(S260)에서는 제5과정(S250)에서 검출된 산소 농도가 설정값2 보다 큰 경우에는 실내의 산소 농도가 기준치(설정값2) 이상이 되므로, 제어부(150)는 산소발생기(130)의 작동을 중단하게 된다.
이러한 산소 농도 검출 과정은 지속적으로 반복되어 실내 공기 중의 산소는 일정한 기준치 사이에서 적절히 관리가 이루어질 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능함은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명백할 것이다.
110 : 센서부 111 : CO2 센서
112 : O2 센서 120 : 하이브리드형 흡착모듈
130 : 산소발생기 140 : 에어댐퍼부
150 : 제어부

Claims (5)

  1. 서로 나란하게 배치된 다수의 라임 슬러리부재들 사이에 적어도 각 라임 슬러리부재의 두께 보다는 작은 간격을 갖도록 공기유로가 형성되는 것을 특징으로 하는 하이브리드형 흡착모듈.
  2. 실내의 흡기 덕트에 마련되어 이산화탄소와 산소의 농도를 검출하기 위한 센서부와;
    상기 흡기 덕트와 연결되는 본체 내에 마련되어 이산화탄소 및 악취를 흡착하기 위해 서로 나란하게 배치된 다수의 라임 슬러리부재들 사이에 적어도 각 라임 슬러리부재의 두께 보다는 작은 간격을 갖도록 공기유로가 형성되는 하이브리드형 흡착모듈과;
    상기 본체 내에 마련되어 산소를 발생시키기 위한 산소발생기와;
    상기 하이브리드형 흡착모듈을 통과하는 공기의 흐름을 조절하기 위한 에어댐퍼부와;
    상기 센서부의 신호를 수신하여 상기 산소발생기 및 에어댐퍼부의 개폐 정도를 제어하기 위한 제어부를 포함하는 실내 공기정화장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 제어부는 상기 센서부로부터 수신된 이산화탄소의 농도에 따라서 상기 에어댐퍼부의 개폐 정도를 조절하는 것을 특징으로 하는 실내 공기정화장치.
  4. 제2항에 있어서, 상기 제어부는 상기 센서부로부터 수신된 산소의 농도에 따라서 상기 산소발생기의 작동을 제어하는 것을 특징으로 하는 실내 공기정화장치.
  5. 실내의 흡기 덕트에 마련되어 이산화탄소와 산소의 농도를 검출하기 위한 센서부와; 상기 흡기 덕트와 연결되는 본체 내에 마련되어 이산화탄소 및 악취를 흡착하기 위해 서로 나란하게 배치된 다수의 라임 슬러리부재들 사이에 적어도 각 라임 슬러리부재의 두께 보다는 작은 간격을 갖도록 공기유로가 형성되는 하이브리드형 흡착모듈과; 상기 본체 내에 마련되어 산소를 발생시키기 위한 산소발생기와; 상기 하이브리드형 흡착모듈을 통과하는 공기의 흐름을 조절하기 위한 에어댐퍼부와; 상기 센서부의 신호를 수신하여 상기 산소발생기 및 에어댐퍼부의 개폐 정도를 제어하기 위한 제어부를 포함하는 실내 공기정화장치를 제어하는 방법에 있어서,
    상기 제어부는 상기 센서부를 통해 검출된 이산화탄소 또는 산소 농도를 기준값과 비교하여 상기 에어댐퍼부의 개폐 정도를 제어하여 공기 중의 이산화탄소가 상기 하이브리드형 흡착모듈에 의해 제거하거나 상기 산소발생기의 작동을 제어하여 실내 산소량을 제어하여 실내의 이산화탄소 또는 산소 농도가 기준값 사이가 되도록 하는 것을 특징으로 하는 실내 공기정화장치의 제어방법.
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